Hoe werkt RTK GPS? De technologie achter centimeter-nauwkeurige landbouw

Wat is RTK GPS?

RTK staat voor Real Time Kinematic. Het is een techniek die de nauwkeurigheid van standaard GPS-signalen aanzienlijk verbetert. Waar een gewone GPS-ontvanger doorgaans een afwijking heeft van 1 tot 5 meter, kan RTK GPS een positie bepalen met een nauwkeurigheid van 2 tot 3 centimeter.

Deze hoge precisie maakt het mogelijk om landbouwmachines automatisch te laten sturen, werkzaamheden te herhalen op exact dezelfde rijlijnen en overlap of gemiste stroken te voorkomen.

Waarom is gewone GPS niet nauwkeurig genoeg?

GPS-satellieten sturen voortdurend signalen naar ontvangers op aarde. Op basis van deze signalen berekent een GPS-ontvanger zijn positie.

De nauwkeurigheid wordt echter beïnvloed door verschillende factoren:

• Atmosferische verstoringen;

• Satellietbanen die niet volledig exact zijn;

• Reflecties van signalen op gebouwen of objecten;

• Kleine afwijkingen in de klok van de satelliet.

Hierdoor ontstaat een foutmarge die de nauwkeurigheid van de ontvanger verminderd. Voor navigatie in een auto is dit prima, maar voor landbouwtoepassingen is deze afwijking veel te groot. Hierom gebruikt RTK-GPS een extra referentiepunt om deze fouten vrijwel volledig te corrigeren.

Hoe werkt RTK GPS?

Stap 1: Een basisstation bepaalt zijn eigen exacte locatie

Een RTK-basisstation staat op één vaste plek. Omdat de positie van dit station exact bekend is bestaat er geen twijfel over de positie van dit station.

Stap 2: Correcties worden berekend

Het basisstation doet vervolgens één enkele meting van zijn positie. Deze gemeten positie vergelijkt hij vervolgens met de werkelijke positie die bij hem bekend is. Het verschil tussen deze twee is de afwijking die er in het signaal zit.

Stap 3: Correcties worden verzonden

Deze correcties worden real-time doorgestuurd naar de GPS-ontvanger op de trekker. Dit kan via een rechtstreekste radioverbinding of via het internet (simkaart). Vandaag de dag wordt praktisch gezien alleen nog de simkaart gebruikt om de correcties binnen te krijgen.  

Dit ging vroeger via een rechtstreeks radiosignaal van een mast. Dit had echter tot gevolg dat dit radio signaal vaak verstoord werd door gebouwen, bomen, bruggen of andere obstakels. Hierdoor werd na een paar jaar al snel de overstap gemaakt naar internet.

Stap 4: De machine corrigeert haar positie

De GPS-ontvanger van de trekker verwerkt deze correcties vervolgens in zijn definitieve positie bepaling door zijn eigen gemeten positie te corrigeren met het gegenereerde correctie signaal. De afwijking van de trekker wordt teruggebracht tot slechts enkele centimeters.

Verschil radio of internet:

Radiosignaal:

Vroeger werden alle correcties via een radiosignaal naar de trekker gestuurd. Dit was destijds de goedkoopste een meest eenvoudige oplossing. Ook was de dekking van mobiel internet in de beginjaren nog niet toereikend. Het nadeel van dit rechtstreekse radiosignaal was echter dat gebouwen, bomen of andere obstakels al snel zorgde voor een verstoring van het signaal.

Simkaart/internet:

Omdat het mobile internet over de jaren goedkoper geworden was, werden signalen niet meer rechtsreeks via een radiosignaal verstuurd, maar via het internet. Het basisstation stuurde zijn signaal naar een server op het internet. De trekker kreeg vervolgens een simkaart met mobiel internet. Deze trekker haalde de gegevens weer van deze server af en zo ontving de trekker alsnog de correcties zonder last te hebben van de obstakels. 

RTK-netwerk

Als extra voordeel gaf dit dat de trekker ook gegevens terug kon sturen naar deze server. Doordat de trekker gegevens terug stuurde over zijn eigen positie, kon de server voor de trekker bepalen welk station het dichtste bij was voor de trekker. De trekker ontving vervolgens automatisch het signaal van het dichtstbijzijnde basisstation doorgestuurd. Hierdoor kun je vandaag de dag ononderbroken van Groningen naar Maastricht rijden op RTK-GPS zonder te hoeven wisselen van mast. 

RTK vs. reguliere GPS

De onnauwkeurigheid van een GPS-antenne zonder RTK komt dus niet per se door de techniek van de antenne zelf. Het probleem is dat het signaal onderweg door de atmosfeer wordt verstoord, waardoor de exacte positie minder goed te bepalen is zonder correcties van een basisstation.

In de ruimte, waar deze verstoringen niet voorkomen, zou dezelfde antenne in principe een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter kunnen bereiken.